黃 飛，詹 江，張喜春，閆 杰，方東偉，蔡 勇

(合肥學(xué)院 機(jī)械工程系，合肥 230601)

一體式全能包裝機(jī)的設(shè)計(jì)與研究

黃 飛，詹 江，張喜春，閆 杰，方東偉，蔡 勇

(合肥學(xué)院 機(jī)械工程系，合肥 230601)

隨著電子商務(wù)的快速發(fā)展，包裝、物流的需求也隨之增長(zhǎng)。一體式全能包裝機(jī)針對(duì)尺寸、形狀不同的物品實(shí)現(xiàn)內(nèi)外兩層自動(dòng)包裝，提高了包裝效率，同時(shí)也一定程度上提高了物品的安全性。

物流；包裝機(jī);創(chuàng)新設(shè)計(jì)

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，物流行業(yè)的需求日趨增加，各國(guó)都致力于調(diào)整物流業(yè)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化物流流程，從而降低物流風(fēng)險(xiǎn)與成本。物流包裝作為物流中的重要環(huán)節(jié)，是物流運(yùn)輸、保管、搬運(yùn)、流通加工等環(huán)節(jié)的保障因素。隨著我國(guó)物流行業(yè)的蓬勃發(fā)展，許多急需解決的問(wèn)題也接踵而至。在包裝方面，傳統(tǒng)包裝以紙箱、紙盒等材料為主，而物品需要人工包裝約需兩至三層，工作量大，勞動(dòng)強(qiáng)度大。另一方面，紙箱、紙盒的大量使用不符合環(huán)保的理念；紙箱、紙盒還易受潮，不能很好的保護(hù)物品；運(yùn)輸過(guò)程中容易損壞[1]。針對(duì)這些情況，設(shè)計(jì)了一種一體式全能包裝機(jī)，以塑料薄膜為包裝材料，可以實(shí)現(xiàn)不同形狀、不同尺寸、不同大小的物品包裝，并在包裝完成后自動(dòng)貼上標(biāo)簽。

1 總體設(shè)計(jì)

一體式全能包裝機(jī)包括內(nèi)包裝機(jī)構(gòu)、外包裝機(jī)構(gòu)兩大部分。其中內(nèi)包裝機(jī)構(gòu)由旋轉(zhuǎn)移動(dòng)平臺(tái)、封口裝置、推板裝置、噴膠壓緊裝置組成；外包裝機(jī)構(gòu)由取物裝置、撐袋裝置、取袋裝置、封口裝置組成。機(jī)械結(jié)構(gòu)包括齒輪齒條、蝸輪蝸桿、鏈傳動(dòng)等機(jī)構(gòu)組成[2]。

運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括絲杠模塊、推板模塊、旋轉(zhuǎn)模塊、貼帶手臂轉(zhuǎn)動(dòng)等模塊，各模塊實(shí)現(xiàn)各自獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，同時(shí)各獨(dú)立運(yùn)動(dòng)又相互聯(lián)系。

包裝機(jī)的工作原理：首先當(dāng)物品與塑料薄膜傳動(dòng)至載物臺(tái)上時(shí)，采用絲杠平穩(wěn)傳動(dòng)，物品上設(shè)置的超聲波傳感器可控制平臺(tái)升降不同的高度。兩側(cè)推板實(shí)現(xiàn)包裝膜的翻轉(zhuǎn)包裝。之后在噴膠壓緊裝置的作用下，使包裝物填膠壓實(shí)。通過(guò)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)平臺(tái)發(fā)生旋轉(zhuǎn)與移動(dòng)，適應(yīng)不同距離進(jìn)行封邊。緊接著真空吸盤將物品吸到外包裝，取袋裝置對(duì)包裝袋進(jìn)行拾取，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)模塊傳動(dòng)到物品下面，撐袋裝置將包裝袋撐開，包裝物運(yùn)入外包裝袋，兩邊的雙輥輪進(jìn)行封口，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外二次包裝[3-4]。結(jié)構(gòu)如圖1、2所示。

2 功能機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1旋轉(zhuǎn)平臺(tái)

旋轉(zhuǎn)移動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)是為了適應(yīng)不同形狀、不同尺寸、不同大小的物品并進(jìn)行包裝，載物臺(tái)可下降可左右移動(dòng)、且可旋轉(zhuǎn)，配合后續(xù)包裝與封邊，它通過(guò)齒輪嚙合和齒條移動(dòng)的配合通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)。在平臺(tái)上方的測(cè)距傳感器用于測(cè)量物品的垂直位移，根據(jù)垂直位移的大小控制系統(tǒng)對(duì)升降機(jī)構(gòu)的升降位置進(jìn)行控制。

2.2推板裝置

推板裝置包括上下設(shè)置的水平推板和垂直推板，通過(guò)齒輪齒條的傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)推板的運(yùn)動(dòng)。垂直推板和水平推板分別用于對(duì)包裝產(chǎn)品的緩沖材料包裝層進(jìn)行第一次折疊和第二次折疊，在垂直推板前端設(shè)有壓力傳感器，對(duì)包裝過(guò)程的準(zhǔn)確性進(jìn)行控制。設(shè)計(jì)中創(chuàng)新地利用推板模擬人手，使兩級(jí)推板實(shí)現(xiàn)前后不同的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行包裝。結(jié)構(gòu)如圖3、4所示。

圖3旋轉(zhuǎn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

圖4推板裝置結(jié)構(gòu)圖

2.3取袋、撐袋裝置

取袋、撐袋裝置用于從旋轉(zhuǎn)平臺(tái)平臺(tái)上選取合適被包裝物大小的外包裝袋，旋轉(zhuǎn)至對(duì)應(yīng)位置并將外包裝袋撐開。取袋裝置包括立柱及在立柱上端一側(cè)設(shè)置的真空吸盤，立柱通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)其旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)另一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)其在豎直面上擺動(dòng)。撐袋裝置用于將外包裝袋的袋口撐開，包括水平的撐袋桿及撐袋桿前端設(shè)置的真空吸盤，尾端通過(guò)氣缸驅(qū)動(dòng)其沿著撐袋桿的長(zhǎng)度方向來(lái)回移動(dòng)。結(jié)構(gòu)如圖5所示。

2.4封口裝置

封口裝置包括豎直方向上并列設(shè)置且轉(zhuǎn)向相反的兩個(gè)加熱輥，在加熱輥下方設(shè)有一個(gè)活動(dòng)板，活動(dòng)板沿著加熱輥的軸線基準(zhǔn)面垂直方向來(lái)回運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)外包裝袋的袋口經(jīng)過(guò)兩個(gè)加熱輥從而實(shí)現(xiàn)封口。本封口裝置可適應(yīng)不同大小的包裝袋，且封口效果明顯。結(jié)構(gòu)如圖6所示。

3 機(jī)構(gòu)功能模擬

為驗(yàn)證裝置機(jī)構(gòu)可行性，利用慧魚組合機(jī)構(gòu)模型實(shí)現(xiàn)裝置機(jī)構(gòu)及功能模擬?；埕~組合機(jī)構(gòu)模型是工程技術(shù)拼裝模型，包括機(jī)械、電氣基本元件和傳感器、控制器、執(zhí)行器等，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)用設(shè)計(jì)構(gòu)思和實(shí)驗(yàn)分析，達(dá)到技術(shù)過(guò)程的還原，并運(yùn)用圖形化編程ROBO Pro及硬件和接口模塊實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)和大型機(jī)械設(shè)備操作的模擬[5]。如圖7所示。

圖7 控制程序圖

利用慧魚組合機(jī)構(gòu)模型的特點(diǎn)，突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，對(duì)包裝機(jī)的功能實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，通過(guò)先分解模塊設(shè)計(jì)再有機(jī)組合的方法，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的功能。

4 結(jié) 語(yǔ)

一體式全能包裝機(jī)能極大滿足電商物流對(duì)于物品包裝的要求，整體結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡(jiǎn)單、能適應(yīng)不同尺寸和形狀的物品包裝，自動(dòng)化程度高，減少了人工操作強(qiáng)度，使包裝效率得到了極大提高，所設(shè)計(jì)的內(nèi)外兩層包裝機(jī)構(gòu)能有效提高物品在物流運(yùn)輸過(guò)程中的安全性。

[1] 曾宗易，葉浩 .包裝設(shè)計(jì)實(shí)用技術(shù)手冊(cè)[M]. 北京：印刷工業(yè)出版社，2007：37-46.

[2] 孫桓，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理[M].8版.北京：高等教育出版社，2013:307-327.

[3] 楊良渠，杜力.包裝機(jī)械原理與設(shè)計(jì)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2014：390-398.

[4] 劉筱霞.包裝機(jī)械與設(shè)備[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012:143-172.

[5] 景偉華，曹雙. 機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)——基于慧魚創(chuàng)意組合模型的機(jī)器人制作[M].北京：清華大學(xué)出版社,2014:49-56.

TheDesignandResearchofAll-in-onePackagingMachine

HUANG Fei，ZHAN Jiang， ZHANG Xi-chun,YAN Jie,FANG Dong-wei,CAI Yong

(Department of Mechanical Engineering，Hefei University，Hefei 230601，China)

With the rapid development of e-commerce, the demand for packaging and logistics had also increased. The all-in-one universal packaging machine realized the automatic packaging of inner and outer layers according to the size and the shape of the articles, and improved the packaging efficiency, at the same time, improved the safety of the articles partly.

logistics;packaging machine;innovative design

2017-07-01

2017-09-10

安徽省2016年省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201611059178)資助。

黃 飛(1978— )，男，安徽懷寧人，合肥學(xué)院機(jī)械工程系講師。

TB486

A

2096-2371(2017)05-0102-03

[責(zé)任編輯：張永軍]